控压钻井过程中存在未知参数、未知井底状态等不确定性情况,其工况复杂且井底压力控制要求高,常规控制方法无法满足井底压力窄密度窗口的控制要求。因此设计基于先进控制算法的井底压力控制算法对控压钻井系统的研制具有非常重要的工程意义。本文首先建立反映控压钻井动态特性的非线性模型,在此基础上设计L₁自适应控制器对井底压力进行控制。对于不可测状态,基于控压钻井模型中的非线性部分,设计状态估计器与径向基函数神经网络进行状态估计。将L₁自适应控制器在正常钻进、接单根与气侵多种工况进行模拟仿真,仿真结果表明,L₁自适应控制器能够快速精准地实现井底压力与流量的控制。现有控压钻井模型将节流阀开度作为控制变量,并将通过节流阀的流量与阀门开度的关系进行了简化,然而节流阀的真实特性要更为复杂,由于模型简化导致模型的不确定性更为严重,从而增加了算法实施的难度。本文采用井口回压作为控制变量,对控压钻井动态模型进行改进,自适应律的输出作为井口回压控制回路的输入值,基于此思路提出改进的L₁输出反馈自适应控制器。将改进的L₁自适应控制器在正常钻进、接单根和气侵工况下进行仿真,仿真结果表明改进的L₁自适应算法快速实现井底压力与流量稳定,并且符合实际钻井对控制的要求。传统控压钻井装置在起下钻、接单根时通过外接回压泵手段补偿井口回压,回压泵频繁操作导致生产效率低下且成本高昂。设计新型的自动分流装置实现回压泵功能并将其模块化集成到控压钻井系统,从而简化控压钻井装备,降低非生产时间,整体上提高钻井生产的效率。